8.2. Характеристики операционных усилителей

ОУ характеризуются усилительными, входными, выходными, энергетическими, дрейфовыми,частотными и скоростными характеристиками.

Усилительные характеристики

Коэффициент усиления (K_U) равен отношению приращения выходного напряжения к вызвавшему это приращение дифференциальному входному напряжению при отсутствии обратной связи (ОС). Он изменяется в пределах от 10³до 10⁶.

Важнейшими характеристиками ОУ являются амплитудные (передаточные) характеристики(рис. 8.4). Их представляют в виде двух кривых, относящихся соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам. Характеристики снимают при подаче сигнала на один из входов при нулевом сигнале на другом. Каждая из кривых состоит из горизонтального и наклонного участков.

Горизонтальные участки кривых соответствуют режиму полностью открытого (насыщенного), либо закрытого транзисторов выходного каскада. При изменении входного напряжения на этих участках выходное напряжение усилителя остается постоянным и определяется напряжениями +U_{вых max)}-U_{вых max}. Эти напряжения близки к напряжению источников питания.

Наклонному (линейному) участку кривых соответствует пропорциональная зависимость выходного напряжения от входного. Этот диапазон называется областью усиления. Угол наклона участка определяется коэффициентом усиления ОУ:

K_U=U_вых/U_вх.

Большие значения коэффициента усиления ОУ позволяют при охвате таких усилителей глубокой отрицательной обратной связью получать схемы со свойствами, которые зависят только от параметров цепи отрицательной обратной связи.

Амплитудные характеристики (см. рис. 8.4), проходят через нуль. Состояние, когда U_вых= 0 при U_вх= 0,называется балансом ОУ. Однако для реальных ОУ условие баланса обычно не выполняется. При U_вх= 0 выходное напряжение ОУ может быть больше или меньше нуля:

U_вых= +U_выхили U_вых= -U_вых).

Дрейфовые характеристики

Напряжение (U_смо), при котором U_вых = 0, называется входным напряжением смещения нуля (рис. 8.5). Оно определяется значением напряжения, которое необходимо подавать на вход ОУ для получения нуля на выходе ОУ. Обычно составляет не более единиц милливольт. Напряжения U_смо и ∆U_вых (∆U_вых = U_сдв - напряжение сдвига) связаны соотношением:

U_смо= ∆U_вых/ К_U.

Основной причиной появления напряжения смещения является существенный разброс параметров элементов дифференциального усилительного каскада.

Зависимость параметров ОУ от температуры вызывает температурный дрейф входного напряжения смещения. Дрейф входного напряжения смещения – это отношение изменения входного напряжения смещения к изменению окружающей температуры:

E_смо=U_смо/Т.

Обычно E_смосоставляет 1...5 мкВ / °С.

Передаточная характеристика ОУ для синфазного сигнала показана на (рис. 8.6).Из него видно, что при достаточно больших значениях U_сф (соизмеримых с напряжением источника питания) коэффициент усиления синфазного сигнала (К_сф) резко возрастает.

Используемый диапазон входного напряжения называется областью ослабления синфазного сигнала. Операционные усилители характеризуетсякоэффициентом ослабления синфазного сигнала (К_осс) – отношением коэффициента усиления дифференциального сигнала (К_uд) к коэффициенту усиления синфазного сигнала (К_{u сф}).

К_осс = К_uд / К_{u сф}.

Коэффициент усиления синфазного сигнала определяется как отношение изменения выходного напряжения к вызвавшему его изменению синфазного входного сигнала). Коэффициент ослабления синфазного сигнала обычно выражается в децибелах.